智能電阻電容電感測量儀的設計與開發

　　0引言
　　
　　目前有三種實現RLC測量的方法。1）電橋法，它具有較高的測量精度，被廣泛采用，現己派生出許多類型。但電橋法測量需要反復進行平衡調節，測量時間長，很難實現快速的自動測量。2）諧振法，它要求較高頻率的激勵信號，一般不容易滿足高精度的要求。由于測試頻率不固定，測試速度也很難提高。3）伏安法，它是zui經典的方法，其測量原理來源于阻抗的定義，顯然純電阻可由直流分壓，但對于阻抗、容抗則必須采用頻率較高的交流，電路較為復雜，使得該方案未得到認可。本系統采用伏安法，相對簡化了電路，具有較好的人機互動。
　　
　　1系統方案實現
　　
　　整體設計思想為在待測網絡器一端加入激勵信號，另一端加入采樣電阻到地，通過頻率的自動切換使AD讀到不同的采樣電壓，我們可以根據激勵信號對應的AD采樣電壓，判別出待測元器件的屬性，進一步切換采樣電阻，從而準確測量出待測元器件的大小。這一系列操作均為自動完成。系統原理實現框圖如圖1所示。　　
　　2硬件實現
　　
　　2．1硬件電路總圖
　　
　　系統硬件實現電路如圖2所示，考慮到模擬開關有內阻，我們選取繼電器作為檔位的切換，為了測量的準確，本文采用了多個電壓跟隨，防止電流過大在信號源端分壓。
　　2．2真有效值電路
　　
　　系統硬件實現電路如圖3所示，考慮到模擬開關有內阻，我們選取繼電器作為檔位的切換，為了測量的準確，本文采用了多個電壓跟隨，防止電流過大在信號源端分壓。
　　
　　2．3自制測試用信號源電路
　　
　　根據需要取截正頻率為1kHz、10kHz、100kHz的低通無源濾波器，將單片機輸出的PWM或方波（因為MSP430該單片機不能輸出太大頻率的PWM，我們通過直接輸出10kHz和10kHz的方波，通過一個低通濾波器，濾掉二次諧波及以上分量，得到其基波分量）整形為正弦波，用繼電器切換不同的濾波器，來獲取不同信號，每一個頻點濾波后接一級運放；放大到相同幅度，為了能滿足放大100kHz的信號的增益帶寬積和壓擺率，運放采用TL084。通過測試發現，無源濾波電阻采用逐級增大，電容采用逐級減小，濾波效果，所以通過仿真得到參數如圖4所示的濾波放大電路圖。　　
　　3軟件實現
　　
　　3．1算法數學描述
　　
　　電阻測量可以直接用一個直流分壓可得到，其公式為：
　　
　　R=（V／Vad-1）*R0（1）
　　
　　電容測量可以通過一個適中的低頻f，此時電容的阻抗較大，對于電容因為有-90°的相移，所以我們對其整體取模，簡化可得計算電容公式為：　　
　　3．2軟件流程圖
　　
　　根據以上算法分析本文的軟件程序圖如圖5所示：　　
　　4實驗結果及分析
　　
　　電路設計完成后，本文給出了三組實驗測試數據，分別為表1、表2和表3所示，其中表1為電阻網絡測試數據，表2為電容網絡測試數，表3為電感網絡測試數據。實驗數據表明，除了電感測量誤差相對較大之外，其它的測量能夠較準確地反映待測元器件的屬性以及大小，可以滿足一般的實際需求。　　
　　5結論
　　
　　本文設計了基于數字控制的智能電阻、電感和電容測量儀，電路設計完成后通過實際測量數據可以看出，除了電感測量誤差相對較大之外，其它的測量能夠較準確地反映待測元器件的屬性以及大小；通過查閱資料發現電感在不同的頻率點的大小不同，也就是說電感的大小與對應測的頻點有關，本系統的設計只取了三個頻點，且zui大頻率為100kHz，所以誤差較大，我們可以通過增加頻點個數和zui大頻率以及增加采樣電阻來減小該誤差。